CN114814333A - 一种雷电侵入波电流的采集装置及其采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及雷电波抗干扰技术领域，且公开了一种雷电侵入波电流的采集装置及其采集方法，本发明通过设有交流稳压源时，有利于能把输出波形畸变控制在5%以内，还可以对负载短路起限流保护作用，提高系统的稳定性，也可以利用干扰抑制器来消除尖峰干扰；通过使用系统分别供电可以将数据采集系统与感性设备的供电系统分开，以避免在供电线路之间出现相互干扰的现象，通过设有交流稳压源时，有利于能把输出波形畸变控制在5%以内，还可以对负载短路起限流保护作用，提高系统的稳定性，也可以利用干扰抑制器来消除尖峰干扰；通过使用系统分别供电可以将数据采集系统与感性设备的供电系统分开，以避免在供电线路之间出现相互干扰的现象。

Description

一种雷电侵入波电流的采集装置及其采集方法

技术领域

本发明涉及雷电波抗干扰技术领域，更具体地说，本发明涉及一种雷电侵入波电流的采集装置及其采集方法。

背景技术

雷电波形是重要的雷电观测资料，既可用于研究精细雷电物理过程，也可获得波前上升时间、上升速率、峰值电流强度等雷电参数；

由于电力系统遭受的雷击主要为负极性雷击，故以负极性雷击为例，当雷电击中输电线路发生回击时，雷云与输电线路之间形成导电性能良好的回击通道，雷云的大量负极性电荷通过回击通道注入输电线路，若负极性电荷直接注入输电线路导线，会直接在导线上形成电压行波；

若负极性电荷注入避雷线或杆塔，也会通过感应和耦合在导线上形成电压行波，不同雷击类型对应不同的电压行波形成过程，并导致雷击点附近的初始电压行波波形特征存在差异，雷击点附近导线上的电压行波形成后，电压行波会沿着导线向变电站传输，对于理想的无损传输线，电压行波在传输过程中不会发生能量散失，波形也不会发生畸变，而在实际输电线路上的电压行波传输过程中，导线电阻、对地电导和导线电晕均会造成能量损失，并导致电压行波在传输过程中发生畸变，电压行波侵入变电站后，受变电站设备对地电容、变电站内所布置避雷器、变电站断口及其它波阻抗不连续点的影响，电压行波在站内会发生复杂的折反射过程，进一步导致雷电侵入过电压波形发生畸变，继而增大了其雷电波数据采集的难度，所以现在市场上急需一种雷电侵入波电流的采集装置及其采集方法。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种雷电侵入波电流的采集装置及其采集方法，以解决上述背景技术中存在的问题。

本发明提供如下技术方案：一种雷电侵入波电流的采集装置及其采集方法，包括干扰因素，还包括：所述干扰因素主要包括串模干扰、共模干扰、软件方面的干扰、 电源系统干扰、硬件方面干扰；

所述串模干扰是指干扰信号与被测信号串联在一起，它成为被测信号的一部分，被送到放大器进行放大，影响很大，会使数据采集与处理系统的两个输入端电压发生变化，产生的原因：外部高压供电线交变电磁场通过寄生电容耦合进传感器一端；电源交变电磁场对传感器一端的漏电流耦合，串模干扰表现为两种方式：一是串模干扰等效为串联电压源形式（当干扰源的等效内阻较小时）；二是串模干扰等效为并联电流源形式；

所述共模干扰指在信号地和仪器地之间的干扰，产生的原因：①在数据采集系统附近有大功率的电器设备，电磁场以电感或电容形式耦合到传感器和传输导线中；②电源绝缘不良而引起的漏电或三相动力电网负载不平衡致使零线有较大的电流时，存在着较大的地电流和地电位差，如果系统有两个以上的接地点，则地电位差就会造成共模干扰；③电气设备的绝缘性能不良时，动力电源会通过漏电阻耦合到数据采集系统的信号回路，形成干扰；④在交流供电的仪器中，交流电会通过原、副边绕组间的寄生电容、整流滤波电路、信号电路与地之间的寄生电容到地构成回路，形成干扰；

所述软件方面的干扰主要表现在以下几个方面：①不正确的算法产生错误的结果，最主要的原因是由于计算机处理器中的程序指数运算是近似计算，产生的结果有时有较大的误差，容易产生误动作；②由于计算机的精度不高，而加减法运算时要对阶，大数“吃掉”了小数，产生了误差积累，导致下溢的出现，也是噪声的来源之一；③由于计算机处理器是高速数字器件，所以它的运算器、控制器及控制寄存器易受电磁干扰；

所述硬件方面干扰主要表现为：程序计数器PC值变化、数据采集误差增大、控制状态失灵、RAM数据受干扰发生变化以及系统出现“死锁”等现象。

其中，所述当其遇到串模干扰时，针对此情况可采用双绞线信号传输线、传感器耦合端加滤波器、金属隔离线、屏蔽等措施来消除串模干扰。

其中，所述当其遇到共模干扰时，针对此情况可采用变压器隔离、光电隔离与浮地屏蔽等三种措施进行消除干扰。

其中，所述当其遇到软件干扰时，针对此情况需要人工时常对其软件进行检查。

其中，所述当其原道电源系统干扰时，针对这一情况可以采用采用隔离变压器、电源低通滤波器、交流稳压源、系统分别供电，电源模块单独供电、合理布线以及屏蔽技术对其进行消除干扰作业。

其中，所述当其遇到硬件方面干扰时，针对这一情况此时可以采用屏蔽、接地、滤波、隔离与吸收对其进行消除干扰作业。

其中，所述采用隔离变压器时断开地环路适用于50Hz以上的信号，且在低频时非常不合适使用隔离变压器的。

其中，所述电源低通滤波器在使用时，需在电源入口端接低通滤波器或双T型滤波器来滤除大于50Hz的高次谐波，保证50Hz基波通过，改善电源的性能，且为了防止滤波器进入磁饱和，应在滤波器前面加设一个分布参数噪声衰减器。

其中，所述进行合理布线时，需要注意以下几点：从电源引入口经开关器件至低通滤波器之间的馈线尽量用粗线；电源后面的一段均应用双绞线或同轴电缆作信号线且要短；尽量避免公共线，若不能避免，则必须把公共线加粗以降低阻抗；感性负载驱动线、非稳压的直流线应分开布线；干扰源与被干扰对象尽可能远离；高电平电缆与低电平电缆分别铺设；输入与输出端口妥善分离；强电馈线必须单独走线；强信号线与弱信号线应尽量避免平行走向。

其中，所述采用屏蔽的技术可为：“静电屏蔽、电磁屏蔽、磁场屏蔽”三大类型。

本发明的技术效果和优点：

1、本发明通过设有交流稳压源时，有利于能把输出波形畸变控制在5%以内，还可以对负载短路起限流保护作用，提高系统的稳定性，也可以利用干扰抑制器来消除尖峰干扰；通过使用系统分别供电可以将数据采集系统与感性设备的供电系统分开，以避免在供电线路之间出现相互干扰的现象，通过采用电源模块单独供电法，可以具有以下三大优点：①每个电源模块单独对相应板卡进行电压过载保护，不会因为某个稳压器的故障使系统瘫痪；②有利于减小公共阻抗的相互耦合及公共电源的相互耦合，大大提高供电系统的可靠性，也有助于电源的散热；③总线上电压的变化，不会影响板卡上的电压，有助于提高板卡的工作可靠性。

2、本发明通过设有交流稳压源时，有利于能把输出波形畸变控制在5%以内，还可以对负载短路起限流保护作用，提高系统的稳定性，也可以利用干扰抑制器来消除尖峰干扰；通过使用系统分别供电可以将数据采集系统与感性设备的供电系统分开，以避免在供电线路之间出现相互干扰的现象，通过采用电源模块单独供电法，可以具有以下三大优点：①每个电源模块单独对相应板卡进行电压过载保护，不会因为某个稳压器的故障使系统瘫痪；②有利于减小公共阻抗的相互耦合及公共电源的相互耦合，大大提高供电系统的可靠性，也有助于电源的散热；③总线上电压的变化，不会影响板卡上的电压，有助于提高板卡的工作可靠性。

具体实施方式

下面将对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，另外，在以下的实施方式中记载的各结构的形态只不过是例示，本发明所涉及的雷电侵入波电流的采集装置及其采集方法并不限定于在以下的实施方式中记载的各结构，在本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种雷电侵入波电流的采集装置及其采集方法，包括干扰因素，还包括：干扰因素主要包括串模干扰、共模干扰、软件方面的干扰、 电源系统干扰、硬件方面干扰。

在一个具体的实施方式中，当其遇到串模干扰时，针对此情况可采用双绞线信号传输线、传感器耦合端加滤波器、金属隔离线、屏蔽等措施来消除串模干扰。

在一个具体的实施方式中，当其遇到共模干扰时，针对此情况可采用变压器隔离、光电隔离与浮地屏蔽等三种措施进行消除干扰。

在一个具体的实施方式中，当其遇到软件干扰时，针对此情况需要人工时常对其软件进行检查。

在一个具体的实施方式中，当其原道电源系统干扰时，针对这一情况可以采用采用隔离变压器、电源低通滤波器、交流稳压源、系统分别供电、采用电源模块单独供电、合理布线以及屏蔽技术对其进行消除干扰作业，通过设有交流稳压源时，有利于能把输出波形畸变控制在5%以内，还可以对负载短路起限流保护作用，提高系统的稳定性，也可以利用干扰抑制器来消除尖峰干扰；通过使用系统分别供电可以将数据采集系统与感性设备的供电系统分开，以避免在供电线路之间出现相互干扰的现象，通过采用电源模块单独供电法，可以具有以下三大优点：①每个电源模块单独对相应板卡进行电压过载保护，不会因为某个稳压器的故障使系统瘫痪；②有利于减小公共阻抗的相互耦合及公共电源的相互耦合，大大提高供电系统的可靠性，也有助于电源的散热；③总线上电压的变化，不会影响板卡上的电压，有助于提高板卡的工作可靠性。

在一个具体的实施方式中，当其遇到硬件方面干扰时，针对这一情况此时可以采用屏蔽、接地、滤波、隔离与吸收对其进行消除干扰作业。

在一个具体的实施方式中，采用隔离变压器时断开地环路适用于50Hz以上的信号，且在低频时非常不合适使用隔离变压器的。

在一个具体的实施方式中，电源低通滤波器在使用时，需在电源入口端接低通滤波器或双T型滤波器来滤除大于50Hz的高次谐波，保证50Hz基波通过，改善电源的性能，且为了防止滤波器进入磁饱和，应在滤波器前面加设一个分布参数噪声衰减器，通过在应在滤波器前面加设一个分布参数噪声衰减器，以便在干扰进入低通滤波器前加以衰减，通过在应在滤波器前面加设一个分布参数噪声衰减器，以便在干扰进入低通滤波器前加以衰减，且使用低通滤波器时应注意一下几点：①低通滤波器本身应屏蔽，且屏蔽盒与系统的机壳要保护良好的接触；②为减少耦合，所用导线要靠近地面走线；③滤波器的输入与输出端要进行隔离；④滤波器的位置应尽量靠近需要滤波的地方，其间的连线也要进行屏蔽；⑤用先进的磁粉芯材料构成电源滤波器；⑥在低压下，当滤波电路载有大电流时，宜采用小电感和大电容构成的滤波网络；当滤波电路处于高压下工作时，则应采用小电容和允许的最大电感构成的滤波网络。

在一个具体的实施方式中，进行合理布线时，需要注意以下几点：1、从电源引入口经开关器件至低通滤波器之间的馈线尽量用粗线；2、电源后面的一段均应用双绞线或同轴电缆作信号线且要短；3、尽量避免公共线，若不能避免，则必须把公共线加粗以降低阻抗；4、感性负载驱动线、非稳压的直流线应分开布线；5、干扰源与被干扰对象尽可能远离；6、高电平电缆与低电平电缆分别铺设；7、输入与输出端口妥善分离；8、强电馈线必须单独走线；9、强信号线与弱信号线应尽量避免平行走向。

在一个具体的实施方式中，采用屏蔽的技术可为：“静电屏蔽、电磁屏蔽、磁场屏蔽”三大类型；

静电屏蔽：低电阻金属盒罩住干扰源，且将金属盒接地，则可切断干扰源通过分布电容耦合通道引起的电场干扰，屏蔽盒应有良好的接地，伸出屏蔽盒以外的线应越短越好，在电源变压器的一、二次绕组间插入一个梳齿行薄铜皮并将它接地，以此来防止两绕组间的静电耦合；

电磁屏蔽：主要是抑制高频电磁场的干扰，它采用导电良好的金属材料做成屏蔽层，利用高频干扰电磁场在屏蔽体内产生反方向的涡流，再利用涡流消耗高频干扰磁场的能量，从而削弱高频电磁场的影响，为了兼顾静电屏蔽作用，屏蔽罩应接地；

磁场屏蔽：在低频磁场干扰下，采用高导磁材料作屏蔽层以便将干扰磁力线限制在磁阻很小的磁屏蔽体内部，防止其干扰作用。

最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种雷电侵入波电流的采集装置及其采集方法，包括干扰因素，其特征在于，还包括：所述干扰因素主要包括串模干扰、共模干扰、软件方面的干扰、 电源系统干扰、硬件方面干扰。

2.根据权利要求1所述的一种雷电侵入波电流的采集装置及其采集方法，其特征在于：所述当其遇到串模干扰时，针对此情况可采用双绞线信号传输线、传感器耦合端加滤波器、金属隔离线、屏蔽等措施来消除串模干扰。

3.根据权利要求1所述的一种雷电侵入波电流的采集装置及其采集方法，其特征在于：所述当其遇到共模干扰时，针对此情况可采用变压器隔离、光电隔离与浮地屏蔽等三种措施进行消除干扰。

4.根据权利要求1所述的一种雷电侵入波电流的采集装置及其采集方法，其特征在于：所述当其遇到软件干扰时，针对此情况需要人工时常对其软件进行检查。

5.根据权利要求1所述的一种雷电侵入波电流的采集装置及其采集方法，其特征在于：所述当其原道电源系统干扰时，针对这一情况可以采用采用隔离变压器、电源低通滤波器、交流稳压源、系统分别供电、采用电源模块单独供电、合理布线以及屏蔽技术对其进行消除干扰作业。

6.根据权利要求1所述的一种雷电侵入波电流的采集装置及其采集方法，其特征在于：所述当其遇到硬件方面干扰时，针对这一情况此时可以采用屏蔽、接地、滤波、隔离与吸收对其进行消除干扰作业。

7.根据权利要求3所述的一种雷电侵入波电流的采集装置及其采集方法，其特征在于：所述采用隔离变压器时断开地环路适用于50Hz以上的信号，且在低频时非常不合适使用隔离变压器的。

8.根据权利要求5所述的一种雷电侵入波电流的采集装置及其采集方法，其特征在于：所述电源低通滤波器在使用时，需在电源入口端接低通滤波器或双T型滤波器来滤除大于50Hz的高次谐波，保证50Hz基波通过，改善电源的性能，且为了防止滤波器进入磁饱和，应在滤波器前面加设一个分布参数噪声衰减器。

9.根据权利要求5所述的一种雷电侵入波电流的采集装置及其采集方法，其特征在于：所述进行合理布线时，需要注意以下几点：（1）从电源引入口经开关器件至低通滤波器之间的馈线尽量用粗线；（2）、电源后面的一段均应用双绞线或同轴电缆作信号线且要短；（3）、尽量避免公共线，若不能避免，则必须把公共线加粗以降低阻抗；（4）、感性负载驱动线、非稳压的直流线应分开布线；（5）、干扰源与被干扰对象尽可能远离；（6）、高电平电缆与低电平电缆分别铺设；（7）、输入与输出端口妥善分离；（8）、强电馈线必须单独走线；（9）、强信号线与弱信号线应尽量避免平行走向。

10.根据权利要求5所述的一种雷电侵入波电流的采集装置及其采集方法，其特征在于：所述采用屏蔽的技术可为：“静电屏蔽、电磁屏蔽、磁场屏蔽”三大类型。